淀粉废水处理方法综述 11页

淀粉废水处理方法综述n［摘要］由于淀粉加工企业分布广且废水COD浓度高，淀粉废水处理方法的研究越来越受到重视。就目前国内外淀粉废水的各种处理方法和工艺进行综述，重点介绍了淀粉废水处理方面的最新研究成果,并介绍了废水资源化的一些途径。n［关词］淀粉废水处理综述n1引言淀粉是绿色植物进行光合作用后的产物，是人类生命活动中必不可缺少的基础物质，淀粉的化学成分及结构尽管复杂，但用途甚广。淀粉是一种非常重要的工业原料，它不仅应用在食品工业领域而且在制酒、制药、纺织、化工等行业也被广泛应用。淀粉在加工过程中会产生大量的高浓度酸性有机废水，其含量随生产的波动而吋有变化，其COD值通常在1000mg/L左右。目前，我国淀粉生产企业600多家，年产量已达400万吨，按现在的加工工艺，每生产1吨淀粉大约产岀6吨废水，可见整个淀粉制造业每年产生的废水量甚多。这些废水中主要含有溶解性淀粉、少量蛋白质、有机酸、尘土、矿物质及少量的油脂，易腐败发酵，使水质发黑发臭，排入江河会消耗水中的溶解氧，促进藻类及水生植物繁殖，量大时河流严重缺氧,发生厌氧腐败，散发恶臭，鱼、虾、贝类等水生动物可能会因此而窒息死亡。因此，搞好淀粉废水的治理及综合回收利用越来越受到环境科学工作者的重视。2淀粉废水的组成在淀粉加工过程屮产生大量的高浓度酸性有机废水，主要是溶解性的淀粉和少量蛋白质,一般没有毒性，但COD很高，通常为1000〜30000mg/L,SS为1500mg/Lo如将废水直接排放到环境水体中，不仅对环境造成严重危害，也造成水资源的浪费。2.1玉米淀粉玉米淀粉生产不受季节影响，可全年生产。但工艺用水量较大，一般为5〜13m/吨玉米。玉米淀粉废水的主要成分为淀粉、糖类、蛋口质、纤维素有机物质，COD值为8000〜30000mg/L,BOD值为5000〜20000mgnL,SS值为3000〜5000mg/Lo一般来说，淀粉厂所排放的污水有三个主要来源，一是水洗工艺中排放出来的污水，此污水pH值为6。5〜7。0,COD值在6500〜10000mg/L左右;二是在淀粉脫水时产生的工艺水，其有机物浓度较低，COD值大约在2000mg/L左右，呈弱酸性;三是在转换生产产品时，生产设备的清洗水，其有机物浓度也较低，COD值为1000-1600mg/L,呈屮性。此外，还有车间地面冲洗水。对于屮小型淀粉厂，在正常生产情况下，污水的排放量为600〜630m/d,主要水质指标:COD值为6000〜7000mgo/L,pH值为6〜615,SS为1500〜2000mg/L。2.2薯类淀粉薯类（主要是马铃薯和地瓜）为原料的淀粉生产，其废水的水质特征为：（1）输送和洗净废水。通常含有泥土、马铃薯碎皮及由原料溶出的有机物，这种废水悬浮物含量高，但COD和BOD值都不高；（2）牛产废水即分离废水。含有大量的水溶性物质，如糖、蛋白质、树脂等，同时也含有少量的微细纤维和淀粉，COD和BOD值都很高，且水量大。因此，木工段废水是马铃薯原料淀粉厂污染废水n的主要来源；（3）生产设备洗刷废水；（4）淀粉渣贮槽废水。淀粉生产过程中，作为副产品产生大量的渣滓，长期积存在贮槽内，会含有一定量的废水，这种废水虽然不产生怪味，但因发酵其酸度很高，马铃薯淀粉生产废水的水质特征和主要污染因子如表1所示。由表1清楚地看出，甘薯类淀粉生产废水属高浓度有机废水。因此，对淀粉废水进行处理，使其达到国家所要求的排放标准己成为一个不容忽视的环境科学研究课题。根据国家综合污染物排放标准GB8978-1996规定二级排放标准，排放水水质要求如下:COD<150mg/L,BOD<30mg/L,SS<70mg/L,pH=6〜9。3淀粉废水处理方法综述国家环保总局在国家环境科技发展“十五％十划纲要指出，继续把淀粉工业的废水污染控制技术作为重要内容进行硏究。针对淀粉工业废水的特点，人们都在力求研究出一种快速、高效、低能耗的淀粉废水处理方法。国内外目前常用的处理方法总体上可分为生化法和化学絮凝沉淀法，两种处理方法在实际应用中各有利弊。3.1絮凝沉淀处理絮凝沉淀法作为一种成木较低的水处理方法应用广泛。其水处理效果的好坏很大程度上取决于絮凝剂的性能，所以絮凝剂是絮凝法水处理技术的关键。絮凝剂可分为无机絮凝剂、合成有机高分子絮凝剂、天然高分子絮凝剂和复合型絮凝剂。追求高效、廉价、环保是絮凝剂研制者们的冃标。岑超平对木薯淀粉黄浆水，先用石灰乳中和，再用进口高分子絮凝剂N2OP、650BC、AN絮凝,有很好的净化效果,COD去除率为60.0%〜99.3%,总固形物去除率为45.0%〜66.8%。絮凝后可牛化处理达标排放,•且药剂总耗费小于0.3元/m,这在高浓度有机废水治理工程中是完全可以接受的。絮凝下沉物容易脱水分离，便于回收和综合利用。n邓述波等从土壤中分离、筛选得到高效絮凝剂产生菌A29,对其培养液的粘性及其絮凝性进行考察。该菌产生的絮凝剂的粘度高达295mPa/s,且粘性和絮凝率具有正相关性，对淀粉厂的黄浆废水具有良好的絮凝效果。添加絮凝剂明显起到加速沉降，降低出水浊度的作用。废水的SS和COD的去除率分别可达85.5%和68.5%,效果明显优于常用的化学絮凝剂。由于微生物絮凝剂具有无毒、无二次污染的特点，因而处理淀粉厂废水絮凝得到的蛋白物质可以作为动物饲料进行综合利用。李亚峰等采用聚铁混凝沉淀■活性炭吸附工艺处理淀粉废水，具有较好的处理效果,处理后各项指标均能达到国家污水排放标准。主要技术参数:聚铁的投加量为150〜250mg/L;PAM的投加量为25mg/L;混合搅拌时间为2〜3min;搅拌速度为100〜120r/min<>药剂费为0.31元/m。该方法具有工艺简单、处理效果好、投资小、易于操作等优点，而且处理效果不受气候条件影响，因此特别适用于寒冷地区小流量淀粉废水的处理。3.2生物处理生物处理法是利用微生物新陈代谢功能，使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被降解并转化为无害物质，使废水得以净化的方法，一般可分为好氧牛物处理法和厌氧牛物处理法两种。该方法在处理高浓度有机废水方面，以其处理费用低、处理效率高等优点被广泛釆用。3.2.1厌氧生物法厌氧法处理淀粉废水，其最终产物是以甲烷为主的可燃气体，可作为能源回收利用;剩余污泥量少且易于脱水浓缩，可作为肥料使用;处理工艺运转费用低。在当前能源日益紧张的形势下,该方法作为一种低能耗，可回收资源的处理工艺日益受到世界各国的重视。近年来，厌氧发酵法处理淀粉废水主要有升流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧流化床(AFB)、厌氧接触法(ACP)、两相厌氧消化法(TPAD)和厌氧滤池(AF)等。1、升流式厌氧污泥床(UASB)UASB内的水流方向与产气上升方向相一致，一方面减少了堵塞的机率，另一方面则加强了对污泥床的搅拌混合作用而有利于微生物与进水基质间的混合接触及颗粒污泥的形成。该工艺不仅投资省、运行费用低、操作简便，而且产生可供利用的沼气，处理后的废水达标排放,获得较好的经济效益和环境效益。张振家等采用UASE反应器处理淀粉废水，具有容积负荷及去除率高等显著优点,在反应器COD容积负荷保持在10kg/(n?・d)以上时,COD去除率可达90%以上，有机氮去除率亦达80%,为后续处理打下良好基础。试验结果表明，微量元素在废水的厌氧牛物处理过程中具有不可少或缺的作用，因此在厌氧处理过程中，必须充分重视厌氧反应体系对微量元素的需求，保证供给。n2、厌氧流化床(AFB)该反应器内填充着粒径小、比表面积大的载体，厌氧微生物组成的生物膜在载体表面生长,载体处于流化状态,具有良好的传质条件，微生物易与废水充分接触，细菌具有很高的活性，设备处理效率高。栾金义等将生物流化床与接触氧化法相结合的复合生物流化床方法，使淀粉废水先经过流化的生物载体后再经填料层,处理北京某淀粉厂的废水,COD去除率达90%左右，废水可达标排放。该方法可使生物流化床技术与接触氧化法的优缺点相互补充，大大提高了处理效率。3、垂直折流厌氧污泥床(VBASB)VBASB是一种复合型厌氧反应器,它是以UASB反应器为主体，综合了ACP、UASB和AF三种工艺的特点，可视为在UASB反应器内加四道垂直挡板，使反应器的水流上下垂直折流,处理过的废水再经三相分离器流出反应器，使反应器内的水流呈推流的特点，对高悬浮物高浓度有机废水比AF和UASB有更好的适应性。贺晓红等介绍了在常温条件下，采用VBASB反应器处理淀粉废水的经济有效的方法。当HRT二12h时，反应器的平均进水COD为4511.8mg/L,平均COD容积负荷为903kg/(n?・d),出水COD平均为778.1mg/L,平均处理效率达81.47%,lgCOD的沼气平均产率为0.30L,同时,在反应器内部形成了大量活性良好的颗粒污泥。在处理过程中，主耍控制因素为VFA、碱度和pHo保持反应器屮VFA在500mg/L以下，碱度在1000mg/L左右,pH在6.3〜7.6是适宜的。处理后的出水进一步经过好氧生物处理，即可达标排放。4、厌氧接触消化法厌氧接触消化法属第二代厌氧消化技术,由于采用将消化污泥回流至消化器的措施，可保持消化设施内较高浓度的生物量，从而提高了消化器的容积负荷。与上流式厌氧污泥床、厌氧滤床相比，厌氧接触消化法虽然负荷较低，但运行可靠，起动时间较短，但冃前国内在淀粉废水处理方面的研究和应用并不多见。余宗莲等采用厌氧接触消化技术，分别在中温32°C和自然温度条件下处理淀粉厂的高浓度废水。结果表明,采用中温厌氧消化可取得较好的处理效果，原水不调pH4.0〜4.9直接进反应器,COD容积负荷最高达5.06kg/(n?・d),进水COD平均为11.604x1Omg/L,岀水COD平均为1778mg/L,COD去除率达85.8%,出水pH提高到6.4〜7.0。采用自然温度消化，当气温大于24°C时，可取得较好的处理效果。5、厌氧折流板ABR反应器nABR反应器作为一种理想的多段分相、混合流态处理工艺，具有比其他厌氧工艺更为优越的特性。沈耀良等对ABR反应器处理高浓度淀粉加工废水的效果及污泥特性进行了研究，在中温35士0.5°C、进水COD负荷为12〜18kg/(m3-d)>HRT=12〜24h时,COD的去除率可达72%〜96%o研究表明，不同条件下反应器不同隔室中的VFA及pH的变化呈现出显著的相分离及移动的特征，反应器中形成SVI为18〜25mL/g>平均粒径为2〜3mm大者可达4〜5mm、性能良好的颗粒污泥，且其特性随不同隔室而呈现出相应的变化规律。该方法对高浓度淀粉加工废水具有稳定高效的处理效果。6、厌氧滤池(AF)装置中填满了如沙砾、塑料、泡沫等填料，使厌氧微生物附着在上面生长，可维持较高的生物量和较长的SRTo但由于该装置易发生堵塞，所以主要用于处理含悬浮物较少的中、低浓度废水，近些年使用该方法处理淀粉废水方面的报道不多。Ahn等采用两种不同的方式，对厌氧滤池处理马铃薯淀粉废水的动力学特性进行了研究。结果表明,尽管两种模式下反应器均运行正常，但是对出水COD的预测受进水水质的影响严重。3.2.2好氧生物法与厌氧法和比，好氧生物法在处理淀粉加工废水方面有许多不足之处，例如需要充氧、动力消耗大、无能量回收、微生物所需营养多和污泥量大等适合处理低浓度的有机废水。而淀粉废水的COD一般较大，所以在淀粉废水的处理屮单独应用的较少,主要是接触氧化法、生物氧化塘法和SBR法。在淀粉加工废水的处理中,好氧生物处理一般用作后续处理。苏宏等用加压SBR法处理淀粉废水，进水COD为3500〜4000mg/L,停留时间8〜12h,COD去除率为94%〜96.7%,岀水COD小于150mg/L,达到国家规定的排放标准，该方法具有处理工艺简单、实用、效果好。与普通SBR法相比，加压SBR法具有生化反应速度快、有机物去除率高且耐负荷冲击能力更强。杨启峰等根据北方气候特点和马铃薯淀粉生产特点及淀粉废水性质,采用沉淀分离■单纯曝气组合工艺处理北方城市的马铃薯淀粉厂的淀粉废水，该工艺流程简单、容易操作、基建费和运行费低，便于管理，此工艺适合我国国情。Jin等在实验室中采用一组有效体积为45L的曝气反应器，其最小工作体积为3.5L。用10%的DAR2710真菌接种，在35°C,起始pH为4.0的条件下反应14h,可转化95%以上的淀粉物质,COD去除率为95%,并且每升废水可冋收蛋白质2.07〜2.39go产生的真菌蛋白质没有毒性,可用作动物饲料,具有较好的经济效益和环境效益。3厌氧与好氧或絮凝沉淀与牛物处理法相结合n3.3其他方法由于淀粉废水的有机浓度很高，所以在处理中很少使用单一处理方法，一般是将多种处理方法结合使用，使各种方法的优缺点相互补充,以提高效率。戴建强等在中温35±1°C条件下，采用UASB和混合活性污泥串联的方法来处理玉米淀粉牛产废水，当COD在7000〜8000mg/L,HRT为18h时，废水经两步处理后,COD的去除率在97%以上。经二级生化处理的出水达到国家规定的排放标准。该方法UASB反应器内的厌氧活性污泥直接引自废水处理系统，可有效缩短启动周期，节约资金。对高浓度有机废水的COD去除率高，运行稳定可靠。毛海亮等采用UASB-SBR工艺处理淀粉废水。充分利用UASB高效高负荷的处理优势,使废水得到有效治理。试验结果表明,废水经颗粒化UASB稳定处理后，出水COD可降到500mg/L以下，然后再经SBR处理后，出水COD可降到100mg/L以下，出水清澈。该处理系统具有耐冲击负荷、处理效果稳定、运行管理简单、运行费用低等特点。该系统处理每立方米淀粉废水，可节约用电7〜8kW・h。柴社立等采用多阶段水解■好氧串联工艺处理高浓度玉米淀粉废水。试验结果表明，水解段具有提高废水可牛化性的功能。在总HRT为60+h、进水pH为5.90〜6.0&进水COD、BOD5、NHf平均分别为8205、7395、160.0mg/L的条件下,CODgBODs和NH「去除率分别达97.7%、5499.1%和8&1%,出水水质达到或接近国家污水排放二级标准。该方法对环境条件的要求较低，操作上较为简单，具有一定的抗负荷冲击能力。除以上介绍的各种常规的淀粉废水处理方法外，李素玉等还介绍了多种微生物净化玉米淀粉废水的协同作用方面的研究。结果表明，多种微牛物的协同作用可使废水COD去除率达90%以上,净化后的废水COD在300mg/L以下,pH在7左右，每立方米废水还可生产出适于用作饲料添加剂的SCP1.646kg,可将玉米淀粉废水变成生产蛋白质的资源。3结语国内目前对于淀粉加工废水治理方面的研究比较重视，在这方面不断取得新的进步。虽然和国外发达国家相比还有很大差距，但处理方法和工艺已相当成熟，基木适应我国淀粉加工业的发展需要。由于淀粉废水的高有机浓度和无毒等特点，目前应用最多的是生化法和絮凝沉淀法，对这两种方法的应用研究也是最多的，但是近些年随着一些新的废水处理工艺的岀现和发展，这些工艺也必将会被不断应用于淀粉废水的处理。另外,将各种方法结合起来，可以使它们的优缺点相互补充，达到较高的处理效果。n参考文献:1、岑超平木薯淀粉废水的絮凝法处理.上海环境科学,2001,20(1):31〜322、邓述波、胡筏、敏罗苗微生物絮凝剂处理淀粉废水的研究工业水处理,1999,19(5):8〜113、李亚峰、马强、曹丽丹等混凝■吸附法处理淀粉废水沈阳建筑工程学院学报,1999,15(1):40〜434、张振家、王太平、张虹等UASB反应器处理淀粉废水试验研究工业水处理,2002,22(1):28—305、栾金义、彭成中复合生物流化床处理淀粉废水石油化工,1990,19(8):560〜5636、贺晓红、祝万鹏、杨志华常温纵向折流套筒式厌氧污泥床反应器处理淀粉废水研究给水排水,1998,24(3):35〜397、余宗莲、田由芸厌氧接触消化技术处理高浓度淀粉废水研究青岛海洋大学学报,1997,27(3):352—3588、沈耀良、王惠民、赵丹厌氧折流板反应器处理淀粉废水及污泥特性上海环境科学,2002,21(3):139〜1429、AhnJH,ForsterCF.Kineticanalysesoftheoperationofmesophilicandthermophilicanaerobicfilterstreatingasimulatedstarchwastewate匚ProcessBiochemistry,2000,35:19~2310、苏宏、闰广平、薛秀萍等加压SBR法处理淀粉废水的研究吉林化工学院学报,2000,17(1):33〜3511、杨启峰、张萍、赵永志淀粉废水的处理技术黑龙江环境通报,2000,24(2):55〜5612、JinB,VanLHJ,PatelB,etal.ProductionoffungalproteinandglucoamylasebyRhizopusoligosporusfromstarchprocessingwastewate匚ProcessBiochemistry,1999,34:59^*6513、戴建强、郑皱厌氧■好氧生物法处理玉米淀粉生产废水中国资源综合利用,2004,2:6〜714、毛海亮、邱贤锋、朱鸣跃UASB-SBRI艺处理淀粉废水的试验研究交通部上海船舶运输科学研究所学报,2002,25(2):104〜10815、柴社立、宋若海、李清泉等多阶段水解■好氧工艺处理淀粉废水的研究长春科技大学学报,2000,30(3):266~270n16、李素玉、李玉、任娟等多种微生物净化玉米淀粉工业废水的协同效应研究环境保护,2003,1:22〜23